En un año que ya ha golpeado las cadenas de suministro de fabricación, otra escasez está complicando la vida de los fabricantes y consumidores:plásticos, y el envasado de alimentos, componentes automotrices, ropa, equipos médicos y de laboratorio y un sinnúmero de otros elementos que dependen de ellos.

Pero un nuevo catalizador químico desarrollado en la Universidad de Michigan podría permitir la producción de más materia prima para el segundo plástico más utilizado en el mundo. La materia prima propileno, se utiliza para fabricar el polipropileno plástico:8 millones de toneladas cada año.

El nuevo catalizador, que puede producir propileno a partir del gas natural, es al menos 10 veces más eficiente que los catalizadores comerciales actuales. Y dura 10 veces más antes de necesitar regeneración. Está hecho de nanopartículas de platino y estaño que están soportadas por una estructura de sílice.

"La industria ha cambiado a lo largo de los años de las materias primas de petróleo al gas de esquisto, "dijo Suljo Linic, Martin Lewis Perl, profesor colegiado de ingeniería química en la U-M y autor principal de un artículo publicado en Ciencias . "Así que ha habido un impulso para encontrar una manera de producir propileno de manera eficiente a partir de propano, un componente del gas de esquisto. Este catalizador logra ese objetivo ".

El secreto de una 'deshidrogenación no oxidativa' eficiente

El propileno se ha producido tradicionalmente en las refinerías de petróleo en enormes craqueadores de vapor que descomponen la materia prima del petróleo en moléculas de hidrocarburo más ligeras. Pero el craqueo del gas de esquisto para producir propileno ha sido ineficaz.

El nuevo catalizador puede producir propileno de manera eficiente, una molécula con tres átomos de carbono y seis hidrógenos, a partir del propano, que tiene dos hidrógenos adicionales. Utiliza un proceso llamado deshidrogenación no oxidativa. Una de las razones por las que los catalizadores actuales son ineficaces es que requieren la adición de hidrógeno al proceso. Este enfoque no lo hace.

La innovación clave del nuevo catalizador es cómo utiliza la sílice como estructura de soporte para las nanopartículas de platino y estaño. en lugar de la alúmina que se utiliza en los catalizadores actuales. La alúmina reacciona con el estaño, haciendo que se separe del platino y rompa el catalizador. Debido a que el nuevo catalizador detiene esta reacción, tiene una vida más larga.

"La sílice como soporte para nanopartículas de platino y estaño se ha probado antes, pero las técnicas de síntesis convencionales no eran lo suficientemente precisas para permitir una interacción cercana entre el platino y el estaño, "dijo Ali Hussain Motagamwala, Becario de investigación postdoctoral de la U-M y primer autor del artículo.

"Superamos esto sintetizando primero un complejo de platino-estaño con una interacción excelente. Luego apoyamos este complejo en sílice para producir un catalizador muy bien definido que es activo, selectivo y estable durante la deshidrogenación de propano no oxidativo ".

Una clave para la comercialización será encontrar una forma de regenerar el catalizador después de que se ensucie con carbono. Aunque los catalizadores actuales son de corta duración, Linic dice:la industria química ha desarrollado un intrincado sistema que puede regenerar el catalizador sucio de manera rápida y eficiente. Será necesario desarrollar un sistema similar para el nuevo catalizador.

Estabilización de suministros de propileno

"Construir el tipo de plantas que ejecutarían este proceso a escala comercial sería una inversión masiva, y por eso la industria química tiende a moverse lentamente, "Linic dijo." Este catalizador es muy bueno, pero la regeneración es la próxima gran pregunta ".

Si bien el catalizador aún se encuentra en la etapa de investigación, tiene la posibilidad de reforzar los suministros mundiales de propileno, que se han agotado por el aumento vertiginoso de la demanda mundial, Problemas de producción provocados por COVID y una serie de cierres relacionados con huracanes en las refinerías de petróleo de la Costa del Golfo que producen el químico.

El artículo se titula "Catalizadores estables y selectivos para la deshidrogenación del propano que operan al límite termodinámico".